基于磁聚焦器的空间通讯系统技术方案

本发明专利技术涉及磁通信技术领域，公开了一种基于磁聚焦器的空间通讯系统。本发明专利技术发射端用于利用交变磁场激发磁通量变化，并将磁信号发射出去；接收端用于通过检测并接受磁信号，并进行解码恢复；磁聚焦器位于发射端与接收端之间，用于吸引外部磁场，减少信号的磁损耗；发射端包括信号发生器和发射线圈，信号发生器的信号输出端与发射线圈连接；接收端包括接收线圈和磁传感器，接收线圈与磁传感器的信号输入端连接；发射线圈的匝数与接收线圈的匝数相同；磁聚焦器由1‑2个圆锥体组成，是由高磁导材料制成的实体，磁聚焦器的长径比大于10。本发明专利技术结构简单、可有效减少磁场衰减、提高传输距离和磁通信信道容量、降低磁通信误码率。

【技术实现步骤摘要】
基于磁聚焦器的空间通讯系统
本专利技术涉及磁通信
，特别是涉及一种基于磁聚焦器的空间通讯系统。
技术介绍
通讯系统按照传输媒质大体分为有线通讯和无线通讯，较为传统的有线通讯的使用局限性较大，在遇到一些特殊的应用环境，如山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力。无线传输可以突破有线网的限制，利用空间电磁波实现站点之间的通讯。采用传统的电磁波传输的方式，在较为复杂和多变的环境介质中，电磁波的路径会产生不可预知的损耗，造成误码率增大、传输速率降低等问题。基于磁耦合谐振原理的无线能量传输已经越来越多的被应用到各个方面，如埋地传感器、网络供电水下机器人、可植入式医学设备等。对于这些应用不仅仅需要电能的无线传输，还需要向外传递传感器数据，向内需要传输控制指令等。对于土壤、水等不同介质来说，磁导率没有很大的差异，磁场的路径损耗和传播条件也相对稳定。近来国内外广泛研究的磁场通信技术具有很好的应用性。磁通信主要是在发射端设置一个具有一定匝数的线圈，接收端也设置一个具有一定匝数的线圈。利用信号在发端线圈中引起的磁通量变化传递到收端线圈，并对传递的信号进行解码恢复。而两个线圈中的互感和两个线圈之间的距离有关，通电线圈在其轴线方向上产生的磁感应的强度是距离的函数，而且有B∝1/r3。因此，减少磁场衰减是提高传输距离，降低磁通信误码率，提高磁通信信道容量的关键。但是，目前现有技术中，尚无简单有效的可减少磁场衰减的设备或方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种结构简单、可有效减少磁场衰减、提高传输距离和磁通信信道容量、降低磁通信误码率的基于磁聚焦器的空间通讯系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统，包括发射端、接收端和磁聚焦器，发射端用于利用交变磁场激发磁通量变化，并将磁信号发射出去；接收端用于通过检测并接受磁信号，并进行解码恢复；磁聚焦器位于发射端与接收端之间，用于吸引外部磁场，减少信号的磁损耗；所述发射端包括信号发生器和发射线圈，信号发生器的信号输出端与发射线圈连接；所述接收端包括接收线圈和磁传感器，接收线圈与磁传感器的信号输入端连接；发射线圈的匝数与接收线圈的匝数相同；所述磁聚焦器由1-2个圆锥体组成，是由高磁导材料制成的实体，磁聚焦器的长径比大于10。本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统，进一步的，所述磁聚焦器中圆锥体的数量为2个，两个圆锥体的底面相对设置、一体制成。本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统，进一步的，所述发射线圈和接收线圈的匝数均为200-10000，半径为10-1000mm。本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统，进一步的，所述磁聚焦器水平设置在距离发射端1m以内的范围内。本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统，进一步的，所述磁聚焦器与发射端距离保持不变，移动接收端达到磁传感器的测量量程。本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统基于磁通信原理，在信号的发射端和接收端分别设置多匝线圈，利用信号在发射线圈内引起磁通量变化传递至接受线圈，然后将传递的信号进行解码恢复；在发射端与接收端之间设置了磁聚焦器，采用高磁导率材料制成，将外部的磁场吸引在磁聚焦器的表面，实现磁力线的汇聚，避免了磁场的发散和衰减，减少了磁损耗，提高了磁通信的信道容量，提高了通讯的传输距离，降低了磁通信的误码率。下面结合附图对本专利技术的基于磁聚焦器的空间通讯系统作进一步说明。附图说明图1为本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统的结构示意图；图2为测试实施例的测试结果。附图标记：1-信号发生器；2-发射线圈；3-磁聚焦器；4-接收线圈；5-磁传感器。具体实施方式如图1所示，本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统包括发射端、接收端和磁聚焦器3，发射端用于利用交变磁场激发磁通量变化，并将磁信号发射出去，接收端用于通过检测并接受磁信号，并进行解码恢复；磁聚焦器3位于发射端与接收端之间，用于吸引外部磁场，减少信号的磁损耗。发射端包括信号发生器1和发射线圈2，信号发生器1的信号输出端与发射线圈2连接，发射线圈2的匝数为200-10000，半径为10-1000mm；接收端包括接收线圈4和磁传感器5，接收线圈4与磁传感器5的信号输入端连接；接收线圈4的匝数为200-10000，半径为10-1000mm；发射线圈2的匝数与接收线圈4的匝数相同。磁聚焦器3由1-2个圆锥体组成，是由高磁导材料制成的实体，磁聚焦器3的长径比大于10；磁聚焦器3的长径比越大，退磁因子越小，磁聚焦能力越好，甚至可以使用丝状结构的磁聚焦器3；当磁聚焦器3中圆锥体的数量为2个时，两个圆锥体的底面相对设置、一体制成。磁聚焦器3水平设置在距离发射端1m的范围内，距离发射端越近越好；磁聚焦器3与发射端距离保持不变，移动接收端达到磁传感器5的测量量程；接收端和发射端距离与发射信号大小和磁聚焦器3能力相关。本专利技术基于磁聚焦器的空间通讯系统的具体工作过程如下：步骤一、连接好设备，使发射线圈2，磁聚焦器3和接收线圈4位于同一水平面上且同一条直线上；步骤二、打开信号发生器1，设置参数，用示波器观察输出波形，调整位置，使输出波形为最大值；步骤三、在接收与发射线圈2中加入磁聚焦器3，观察输出波形，调整位置，使输出波形为最大值；步骤四、保持发射线圈2与磁聚焦器3距离不变，移动接收线圈4，观察输出波形。测试实施例本实验装置中，发射与接收线圈匝数相同为200匝，直径为25mm，用函数发生器产生一个幅值为15V，频率为150kHz的正弦信号；磁聚焦器总尺寸为长50mm，直径30mm，尖端锥角长度为20mm，角度为60度。在分别移动接收端与发射端的情况下，同时锥角不同朝向的情况下，分别进行测试分析，实验结果如图2所示，图中组别1标示尖端和接收不动，尖朝接收，移动发射端；组别2标示尖端和接收不动，尖朝发射，移动发射端；组别3标示尖端和发射不动，尖朝发射，移动接收端；组别4标示尖端和发射不动，尖朝接收，移动接收端；组别0为无坡莫对照组。由图2可明显观察到，加入磁聚焦器后，磁信号的传输距离与磁场幅值得到了明显的增加。对比组别1和组别2，当尖和接收不动时，尖朝发射端比尖朝接收端要好；当尖朝接收端时，坡莫合金大横截面接收磁力线数多于尖朝发射端时坡莫合金尖端接收的磁力线数。对比组别1与组别3尖朝接收时，尖和发射不动时的效果比尖和接收不动时的效果；当尖和发射不动时，是将发射线圈磁力线最强处的磁力线聚集，然后将磁力线定向聚集于轴向上，这时的效果要优于坡莫合金与发射线圈有一定距离的时候。通过上述实验，证明磁聚焦器能够增加磁信号传输的距离与磁场幅值，且得到在磁聚焦器尖端朝向接收端和磁聚焦器位于磁信号发射端情况下，磁信号放大作用是最佳的。我们还有进行多种实验，来探讨磁聚焦器的最优放大效果。以上所述的实施例仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行描述，并非对本专利技术的范围进行限定，在不脱离本专利技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本专利技术的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本专利技术权利要求书确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于磁聚焦器的空间通讯系统，其特征在于：包括发射端、接收端和磁聚焦器(3)，发射端用于利用交变磁场激发磁通量变化，并将磁信号发射出去；接收端用于通过检测并接受磁信号，并进行解码恢复；磁聚焦器(3)位于发射端与接收端之间，用于吸引外部磁场，减少信号的磁损耗；所述发射端包括信号发生器(1)和发射线圈(2)，信号发生器(1)的信号输出端与发射线圈(2)连接；所述接收端包括接收线圈(4)和磁传感器(5)，接收线圈(4)与磁传感器(5)的信号输入端连接；发射线圈(2)的匝数与接收线圈(4)的匝数相同；所述磁聚焦器(3)由1‑2个圆锥体组成，是由高磁导材料制成的实体，磁聚焦器(3)的长径比大于10。

【技术特征摘要】
1.基于磁聚焦器的空间通讯系统，其特征在于：包括发射端、接收端和磁聚焦器(3)，发射端用于利用交变磁场激发磁通量变化，并将磁信号发射出去；接收端用于通过检测并接受磁信号，并进行解码恢复；磁聚焦器(3)位于发射端与接收端之间，用于吸引外部磁场，减少信号的磁损耗；所述发射端包括信号发生器(1)和发射线圈(2)，信号发生器(1)的信号输出端与发射线圈(2)连接；所述接收端包括接收线圈(4)和磁传感器(5)，接收线圈(4)与磁传感器(5)的信号输入端连接；发射线圈(2)的匝数与接收线圈(4)的匝数相同；所述磁聚焦器(3)由1-2个圆锥体组成，是由高磁导材料制成的实体，磁聚焦器(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王三胜，李园园，曹军青，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11